CT 逐次近似画像再構成アルゴリズムの性能 比較
吉田皓文1)、長谷川晃1)、成田啓廣2)、深谷貴広3)、 市川勝弘4)
1) 新潟医療福祉大学 医療技術学部 診療放射線学科 2) 新潟大学 医学部 保健学科
3) 新潟大学医歯学総合病院 診療支援部 放射線部門 4) 金沢大学 医薬保健学域
【背景・目的】 X線CT画像の画像再構成法として、フ ィルター補正逆投影（filtered back projection: FBP）法、
ハ イ ブ リ ッ ド 型 逐 次 近 似 （ hybrid iterative reconstruction: HIR）法、モデルベース逐次近似(model based-iterative reconstruction)法が臨床で用いられてい る。一般に、従来利用されてきたFBP法に対し、逐次近 似（IR）法を用いて得られる画像は画像ノイズが少ない良 好な画像が得られる。しかし、IR 法により得られる画像 は、FBP法の画像と異なり、撮影に用いる放射線量や、撮 影する被写体などによって画像の周波数特性が変化する 性質が報告されている。すなわち、IR 画像は解像特性と ノイズ特性が変化するため、あるCTシステムに対する性 能指標が一つの値とならない。IR 法の画質を評価する方 法として、ある病変の検出タスクを想定して評価する方法
（タスクベース評価）が考案された。タスクベース評価に より、特定の病変検出タスクに対する性能指標を用いて IR画像が評価できる。しかし、複数のMBIR法の再構成 アルゴリズムに対する性能を評価し、比較した文献は見当 たらない。
本研究の目的は、MBIRアルゴリズムの性能をタスクベ ース評価し、複数のMBIRアルゴリズムの性能および特 性の違いを明らかにすることである。
【方法】 異なるIRアルゴリズムを有するCT装置3機 種を用いてCatphan 504ファントムを撮影した。各装置 のFBP法とIR法によって得られたCT画像について、
解像特性の指標として task-based modulation transfer factor（MTFtask）、ノイズ特性の指標としてnoise power spectrum（NPS）を測定した。MTFtaskは、Catphan 504
CTP515 モジュールに封入されているポリスチレンロッ
ド（被写体コントラスト：約130 HU，直径約12 mm）を 用い，circular edge法を用いた解析により測定した。NPS は、Catphan 504 CTP486-2 モジュールを用い、radial frequency法により測定した。タスクベース評価で想定す る病変は肝臓の粗大病変および肺スリガラス結節とし、こ れに対応する仮想被写体の画像（半値幅10 mm・周囲と のCT値差50, 240 HU）をシミュレーションにより算出 した。画像から得られたMTFtask、NPS、および仮想被写 体のパワースペクトルを用い、被写体に対する検出能指標
(detectability index:
d’
)を算出した。IR アルゴリズムは FBP アルゴリズムに対してどれだけ画質を向上させるか を表すため、FBPのd’
に対するIRのd’
を除算し、d’
の 向上率を求めた。様々な画像再構成アルゴリズムにおけるMTFtask、NPS、
d’
、d’
向上率を比較した。なお、本研究に関連する利益相反はない。
【結果】 IMR (Philips社)，ADMIRE (Siemens社)は撮 影線量に依存せず
d’
の向上がみられた。IMRは他のアル ゴリズムより高いd’
向上率を示した。ADMIREは線量の 増加に伴いd’
向上率が増加する傾向を示した。FIRST (Canon社)のd’
は、撮影線量（CTDIvol）1 mGyの場合で はFBPに対し向上したが、線量の増加に伴いFBP より も低値となる傾向を示した。1 mGyの場合では、FIRST のd’
向上率はADMIREを上回ったが、線量の増加にと もないADMIREを下回った。【考察】
d’
は画像再構成アルゴリズムの性能だけでなく、CT装置の物理性能を含めた性能指標である。本研究では、
FBPにおける
d’
に対するIRのd’
の比をd’
向上率とし、システムの物理性能の影響を相殺させている。ハードウェ アの性能ではなくアルゴリズムの性能を比較するために、
便宜的に向上率を比較に用いた。
本研究で用いた仮想被写体のパワースペクトルは主に 空間周波数0.04 cycles/mm以下に分布していた。特に0.1 cycles/mm 以下の周波数帯の MTFtaskおよび NPS が detectability indexに寄与すると考えられる。
本研究で評価対象としたMBIRは、解像特性・ノイズ 特性ともにそれぞれ異なる性質を示した。
d’
を用いたタ スクベース評価では、IMRが最も高いd’
向上率を示した。IMRは、空間周波数0.1 cycles/mm以下の帯域で、他の MBIRに比べFBPに対するノイズ特性の向上率が高いこ とが影響していると考えられる。
本研究では
d’
を用いたタスクベース評価により、数種 類のIRアルゴリズムの性能評価を行った。臨床画像を用 いることなく、IR アルゴリズムの導入によって低減でき る撮影線量を求めることができた。他機種を有する施設に おける撮影プロトコル管理の運用において、タスクベース 評価は有用な評価法であると考える。【結論】 複数種類のCT装置・アルゴリズムを対象とし て、detectability indexを用いたタスクベース評価を行っ た。臨床画像を用いることなく、IR アルゴリズムの性能 および特性の違いを明らかにすることができた。
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第19回 新潟医療福祉学会学術集会
